Co to jest czujnik ultradźwiękowy?

Czujnik ultradźwiękowy to urządzenie, które wykorzystuje dźwięk o wysokiej częstotliwości do pomiaru odległości. Czujniki te są również znane jako urządzenia nadawczo-odbiorcze i działają podobnie do sonaru. Podczas gdy sonar jest używany głównie pod wodą, nadajniki-odbiorniki ultradźwiękowe mogą być używane w powietrzu. Czujniki wykorzystujące fale ultradźwiękowe są powszechne w zastosowaniach przemysłowych i medycznych.

Ten typ czujnika zazwyczaj składa się z pojedynczej jednostki nadawczo-odbiorczej, która może zarówno emitować, jak i wykrywać dźwięk. To urządzenie wytwarza puls dźwiękowy, który znajduje się poza zasięgiem słuchu ludzkiego ucha. Większość ciał stałych odbija fale dźwiękowe. Transceiver używa timera, aby dokładnie określić, ile czasu zajmuje impuls ultradźwiękowy, aby „odbić się” od obiektu i wrócić do urządzenia.

Fala dźwiękowa zwykle porusza się ze znaną prędkością. W powietrzu o temperaturze pokojowej prędkość ta wynosi około 3426 metrów na sekundę. Gdy znana jest zarówno prędkość, jak i czas impulsów ultradźwiękowych, odległość obiektu odbijającego można oszacować za pomocą podstawowych obliczeń matematycznych. Na przykład, jeśli czujnik ultradźwiękowy emituje impuls i odbiera odbity sygnał jedną dziesiątą sekundy później, obiekt znajduje się na przykład w odległości około 112 stóp (34 metry).

Jednak czujnik ultradźwiękowy nie zawsze jest dokładny. Kilka czynników może obniżyć zdolność czujnika do precyzyjnego pomiaru odległości. Prędkość dźwięku nie jest stała, ale może się różnić w zależności od temperatury i wilgotności powietrza. Oznacza to, że bardzo ciepłe lub bardzo zimne warunki mogą sprawić, że czujnik ultradźwiękowy będzie nieskuteczny.

Obiekty odbijają fale dźwiękowe na różne sposoby. Niektóre materiały, takie jak metal, bardzo dobrze odbijają dźwięk. Miękkie materiały, w tym tkaniny pluszowe, często pochłaniają fale dźwiękowe. Na dokładność tego typu czujnika może wpływać rodzaj wykrywanego obiektu.

Czujniki ultradźwiękowe mają wiele zastosowań. Maszyny przemysłowe często wykorzystują te czujniki do wykrywania obecności obiektu w zautomatyzowanej fabryce. Na przykład maszyna zaprojektowana do nanoszenia etykiet na butelki może wykorzystywać metody ultradźwiękowe, aby określić, kiedy produkt jest na miejscu i gotowy do wytłoczenia. Instalacje bezpieczeństwa wykorzystują również czujniki dźwiękowe do wykrywania obecności osoby nieupoważnionej. Czujniki te można wykorzystać do stworzenia „wirtualnego ogrodzenia” wokół bezpiecznego obszaru.

Placówki medyczne często używają czujników ultradźwiękowych. Czujniki stosowane w medycynie są bardziej precyzyjne niż większość urządzeń przemysłowych, ale działają na tej samej zasadzie. Obrazowanie ultradźwiękowe wykorzystuje impulsy o wysokiej częstotliwości do wykrywania zarówno ciał stałych, jak i otwartych przestrzeni. Transceiver podłączony do komputera jest w stanie stworzyć obraz pokazujący te różne obszary i może być wykorzystywany przez lekarzy do wizualizacji obszarów w ludzkim ciele.